Os oficiais de segurança têm a tarefa de impedir que criminosos contrabandeiem materiais perigosos para um país, e detectar substâncias nucleares tem sido difícil e caro. Agora, pesquisadores da Northwestern University desenvolveram novos dispositivos baseados em um material de baixo custo para auxiliar na detecção e identificação de isótopos radioativos.

Usando brometo de césio e chumbo na forma de cristais de perovskita, a equipe de pesquisa descobriu que era capaz de criar detectores altamente eficientes em pequenos, dispositivos portáteis para pesquisadores de campo e detectores muito grandes. Os resultados estão surgindo há mais de uma década.

Professor do noroeste Mercouri Kanatzidis, quem liderou a pesquisa, disse que além de ser menos caro do que os dispositivos típicos, o novo método de detecção de raios gama também é altamente capaz de diferenciar raios de diferentes energias. Este método permite que os usuários identifiquem os raios gama legais e os ilegais. Detectores como esses são essenciais para a segurança nacional, onde são usados ​​para detectar materiais nucleares ilegais contrabandeados através das fronteiras e ajudar na perícia nuclear, bem como em imagens de diagnóstico médico.

“Usando o material perovskita, alcançamos alta resolução na detecção de energia para raios gama usando um design de detector pixelado, "Kanatzidis disse." Isso nos leva um passo mais perto de criar sistemas eletrônicos para diagnósticos médicos e imagens, segurança do aeroporto e muito mais. "

O estudo será publicado em 7 de dezembro na revista Nature Photonics .

Kanatzidis é o professor Charles E. e Emma H. ​​Morrison de Química no Weinberg College of Arts and Sciences. Ele tem um compromisso conjunto com o Laboratório Nacional de Argonne.

Em pesquisas anteriores, a equipe comparou o desempenho do novo detector de brometo de césio e chumbo com o detector convencional de telureto de cádmio e zinco (CZT) e descobriu que seu desempenho também era bom na detecção de raios gama.

Mas uma nova pesquisa que melhorou os tamanhos dos cristais e alavancou pixels, em vez de eletrodos planares, avançou a resolução espectral muito além dos designs convencionais, de cerca de 3,8% a 1,4%, detectando energia mesmo de fontes muito fracas.

Os isótopos radioativos emitem raios gama que diferem ligeiramente em energia, frequentemente diferindo em apenas alguns pontos percentuais. Usando o novo material, os usuários podem identificar melhor a origem dos raios gama apontando as diferenças até alguns pontos percentuais.

Além disso, usar até mesmo materiais ligeiramente impuros normalmente torna os detectores menos eficientes ou não funcionais, e os produtores de dispositivos devem buscar CZT ultrapuro para produzir leituras eficazes. Para surpresa dos pesquisadores, seu próprio material poderia ter 5 a 10 vezes mais impurezas do que CZT e ainda funcionar, tornando a produção mais fácil e barata. A resolução também é crítica para imagens médicas, como varreduras SPECT.

Kanatzidis disse que há um grande interesse no campo, especialmente devido ao custo e às implicações de segurança de equipamentos com defeito. Mas o progresso neste reino, ele disse, tem sido lento principalmente porque os grupos de pesquisa se concentram na síntese de materiais ou em detectores de raios X e gama - seu grupo faz as duas coisas. O laboratório de Kanatzidis analisou mais de 60 compostos promissores antes de pousar no brometo de césio e chumbo.

Mesmo com os avanços possibilitados pelo novo material, Kanatzidis disse que seu trabalho com colaboradores da Northwestern e da Argonne não termina.

"Nossa estante está cheia de novas possibilidades que ainda temos que investigar mais profundamente, "Kanatzidis disse." Meu grupo de pesquisa é uma rara combinação do lado da engenharia e do crescimento do cristal das coisas. "

Yihui Ele é um professor assistente de pesquisa no laboratório Kanatzidis e o primeiro autor do artigo.

"Os novos protocolos de fabricação de dispositivos que relatamos com nossos colaboradores na Universidade de Michigan podem levar à produção em massa de detectores de brometo de césio e chumbo em um futuro próximo, " Ele disse.

O grupo do professor Zhong He da Universidade de Michigan participou da caracterização e análise do detector. O cientista de Argonne, Duck Young Chung, foi um dos principais colaboradores do esforço.

Kanatzidis e seus colegas fundaram uma nova empresa, Actinia, comercializar detectores de brometo de césio e chumbo para detecção e identificação de raios-X e gama. Esses novos detectores terão implicações de amplo alcance no diagnóstico médico, segurança interna e segurança nuclear.